化工生產過程控制中無線通訊DCS系統的研究

張超

摘 要：目前我國許多大型化工廠的主要通訊方式仍是通過有線傳輸，盡管有線設備具有較好的穩定性，但是在大型生產過程中，設備眾多的情況下，有線通訊所使用的電纜過多，在生產現場不容易管理，并且化工生產所在的環境腐蝕性較強，對電纜的絕緣層會造成損壞，對員工的生命安全缺乏。化工生產過程中存在種類繁多的控制儀表，隨著自動化技術和計算機科學技術的發展，DCS控制系統逐漸的完善，傳統DCS控制系統的有線連接已經不能滿足日益發展的化工生產要求，因此為提高化工生產的質量以及安全，必須要發展無線通訊技術來解決這些問題。本文將基于DCS控制系統，對化工生產中的無線通訊技術進行研究分析，希望能促進我國化工行業的發展。

關鍵詞：化工生產；無線通訊；DCS系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.131

0 引言

基于計算機網絡的理論，可以通過建立局域網，將各個設備利用無線通訊技術連接起來，更深層次的利用到DCS網絡的各個層次，但本文重點研究無線通訊技術基于DCS網絡在控制層方面的研究。綜合節能、環保、經濟的理念，提出DCS網絡控制的設計方案，建立無線通訊的方式來完善化工生產控制網絡的通信功能。

1 化工無線通訊DCS系統的發展及背景

1.1 DCS系統簡介

DCS系統全稱是分布式控制系統，該系統結合了自動化技術和計算機科學技術，對于化工生產過程中的各個儀表都能進行精確的控制，從而有效的提高化工生產的質量和效率。DCS系統通過計算機控制不同區域的系統，將危險分散化，同時又通過集中管理多臺計算機，使得管理又有很強的集中性，DCS系統擁有穩定性強、精準度高、分散控制能力強、控制模式多樣化等多方面優點，在化工生產行業逐漸成為主流的應用。

1.2 化工無線通訊DCS系統的發展背景

在當前化工行業，主要的無線通訊方式主要有以下幾種，無線局域網技術、藍牙技術、ZigBee技術，這三種通訊技術是短距離無線通訊技術，適用在一些特定的情況。

1.2.1 藍牙技術

藍牙技術適用于數據容量較大的短距離傳輸，藍牙通訊技術在電子醫療、娛樂產品中有較多的應用，并且藍牙技術具有較低的成本，在未來具有較高的潛力。在化工生產方面若要利用藍牙技術進行無線通訊，則必須要求其抗干擾能力較強，因為化工生產環境具有較多的儀表，產生的電磁波對藍牙傳輸有較大的影響，在滿足這樣的要求下才可能會被應用到化工業中。

1.2.2 WIFI技術

WIFI技術是當前各領域都使用較為廣泛的技術，利用路由器連接可以覆蓋較大的傳輸范圍，在符合IEEE802.11b系列標準下，WIFI理論上可以覆蓋到300m左右，傳輸速率也有較高的水準，能夠滿足一般的信息傳輸要求。

1.2.3 ZigBee技術

ZigBee技術和WIFI技術相比各有千秋，都屬于短距離傳輸、低功耗的無線通訊方式，在成本上相比，ZigBee技術所需要的成本更低，在信息傳輸速率方面，WIFI技術的傳輸速率更快。

2 化工無線DCS安全性能分析

2.1 電子元件性能分析

DCS控制系統的組成部分都是由各種小型的電子器件組成，因而電子元件的性能很大程度上決定了DCS控制系統的性能。在整個系統中電子元件若出現功能失效或者某個電子元件出現損壞，對控制系統的精準性會造成很大的影響，嚴重的會造成整個系統癱瘓，無法正常工作。例如，某個電子器件突然失效，電路出現短路的情況，對周圍的一些電子器件也會造成較大的損害。因此需要對DCS控制系統中的電子元件都需要進行仔細檢測，及時更換一些老化的電子元件，防止出現意外事故。除此之外，還可以定期的對電子元件進行養護，延長其壽命，減少生產成本。

2.2 電路板可靠性分析

電路板是所有電子元件的載體，是電子元件之間能夠穩定聯系，穩定功能的實現基礎。就我國目前的工業情況來看，PCB線路板是主要的電路板裝配方式，基于化工廠的生產環境有所差距，在電路板的設計過程中除了要考慮常規的原則之外，還需要考慮電路板的腐蝕性，以及無線信息傳輸的抗干擾性。

2.2.1 PCB抗干擾措施

考慮到無線傳輸受電磁波的干擾以及金屬的阻擋有很大的關系，PCB電路板設計必須具備較強的抗干擾能力，才能保證在化工無線通訊中有較高的穩定性，保證DCS控制的精確性。加強PCB電板抗干擾性最好的方式之一便是電源線和地線接地。對于印制線的走向也需要進行規范，將地線的走向與信號線的走向調整到同一方向，可以有效提高抗噪能力。

2.2.2 電磁兼容性設計

電磁干擾問題一直是影響PCB電路板安全性的最大問題，對于生產過程中存在大功率設備的情況下，電流一般較大，產生的磁場較強，因而對電路的干擾更加嚴重，提高PCB的電磁兼容性具有十分重要的意義。電源作為整個系統的動力，電源在提供動力的同時還提供了一定的噪聲，對整個系統的正常運行有一定的影響。面對交流電源供電的情況，可以采用增加金屬外殼、接地來降低對電路的影響。對于由靜電產生的干擾，可以通過在電纜的入口處配置器件單點接地，在防止靜電放電的同時，還可以屏蔽外界的電磁干擾。

2.3 網絡通訊功能分析

為保證無線通訊之間的穩定性，除了通過增強硬件設施來提高傳輸穩定性之外，還能夠通過軟件的增強來提高信息解析率。優秀的軟件設計可以將信息更好的解析，以致于不會出現亂碼的情況，提供精準的識別功能。在信息傳輸過程中，可以通過CRC校驗，對數據幀進行檢測，對于數據不正確的情況則給予重傳或者直接丟棄，保證數據的精確性。

3 結語

綜上所述，對于化工生產中的無線通訊研究，主要是研究其抗干擾能力。化工行業自身屬于較危險的行業，生產的環境較為惡劣，使用的儀器，化工原材料很容易受到影響而出現意外事故。為保證DCS控制系統的安全性和穩定性，必須要加強對無線通訊的研究，傳統的有線通訊已經不再滿足于一些特殊的情況，無線通訊技術使用方便，具有較高的靈活性，是DCS控制系統的發展趨勢。

參考文獻：

[1]周楊青.DCS控制系統穩定性提高的策略分析[J].自動化工業，2006，74（56）：44-47.